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陳義旺&袁凱AFM:具有更高穩定性和儲鋅性能的3D MXenes層間距調控

陳義旺&袁凱AFM:具有更高穩定性和儲鋅性能的3D MXenes層間距調控
2D 過渡金屬碳化物/氮化物 (MXenes) 具有優異的物理化學性質,這使得其有望用于電化學儲能設備。然而,由于固有的自堆疊和狹窄的層間距,它很少用于多價離子儲能系統。
陳義旺&袁凱AFM:具有更高穩定性和儲鋅性能的3D MXenes層間距調控
在此,南昌大學陳義旺教授及袁凱教授等人報道通過一步胺化過程將具有不同分子大小的脂肪二胺和對苯二胺作為支柱插入MXene夾層之間,以抑制自堆疊并獲得不同的膨脹層間距,并提高抗氧化穩定性。
X射線衍射結果表明,MXene的層間距從1.23 nm增加到1.40 nm。對苯二胺插層的Mxene(PDA-Mxene)表現出更佳的層間距(1.38 nm)和匹配的孔結構,改善了電解液的可及表面積,增強了電荷傳輸性能,并促進了Zn2+存儲。
陳義旺&袁凱AFM:具有更高穩定性和儲鋅性能的3D MXenes層間距調控
圖1. 對苯二胺插層MXene的形成過程示意圖及表征
因此,使用PDA-MXene作為正極的鋅離子混合超級電容器 (ZHSC)在2 M ZnSO4電解液中表現出更高的比電容(124.4 F g-1@0.2 A g-1)以及出色的循環穩定性(1 A g-1下循環10000次后容量保持率為85%)。
該研究為有機小分子精確控制MXene層間距提供了一條途徑,可用于通過優化層間距來觀察MXene基電化學儲能裝置中的有效電荷存儲。
陳義旺&袁凱AFM:具有更高穩定性和儲鋅性能的3D MXenes層間距調控
圖2. 基于2 M ZnSO4電解液的Zn//PDA-MXene的電化學性能
Manipulating the Interlayer Spacing of 3D MXenes with Improved Stability and Zinc-Ion Storage Capability, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109524

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